《Immunity:有益细菌如何帮助维持肠道健康?》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2018-07-06
  • 近日,一项刊登于国际杂志Immunity上的研究报告中,来自贝勒医学院的研究人员通过研究阐明了机体中有益细菌如何帮助维持肠道健康,研究者表示,机体中的有益菌群能与肠道中的上皮细胞及免疫系统中的特殊细胞相互作用,帮助平衡机体的免疫反应,并且保护肠道免于未知炎症的发生,相关研究结果表明,科学家们或有望操控微生物菌群来限制肠道免疫反应,从而就能够给机体带来潜在的治疗效益,比如炎性肠病患者等。

    研究者Gretchen Diehl表示,目前有大量研究证据表明,微生物群落能够塑造机体免疫系统,并且帮助其正常发挥作用,诸如沙门氏菌等病原体能在机体中引发强烈的炎性免疫反应,但炎性免疫反应(尤其是在肠道中发生)常常会对健康组织带来一定的损伤,在本文中,研究者描述了有益微生物群落能以特殊的方式来调节机体的免疫反应,从而降低炎症表现,限制机体肠道所产生损伤效应。

    对于一种有效的免疫反应而言,抗原呈递细胞能够指挥T细胞建立适当的炎性反应来应对外来病原体的入侵,同时抗原呈递细胞也能指挥调节性T细胞(抗炎性T细胞)来限制一定的炎性免疫反应。微生物群落能通过指导抗原呈递细胞分泌细胞因子IL-10从而降低炎性反应的出现,IL-10是一种重要的抗炎性分子,其能够抑制炎性T细胞反应,并且促进调节性T细胞的反应,从而保持机体状态平衡。

    研究者Diehl说道,结果就是机体中平衡的免疫反应既能抵御诸如沙门氏菌等感染,又能够被调节来抑制炎性反应对健康肠道组织带来的损伤,因此我们就想知道微生物群落是如何诱导这些免疫反应产生的?

    微生物群落和上皮细胞的关联

    研究者表示,当给予实验室动物一定抗生素时,抗原呈递细胞就不会制造IL-10了,当将特殊的菌群引入到动物肠道中后,这些细菌就会吸附到动物肠道的上皮组织中,并且通过抗原呈递细胞来诱发IL-10的产生,同时还能够降低机体的炎性反应。这似乎看起来有点不符合常理,因为吸附到肠道上皮组织上的微生物常常被认为能够潜在诱发疾病的病原体,但在本文研究中,研究者发现,吸附到肠道上皮组织中的细菌并不会诱发疾病,相反其能够促进T细胞免疫反应的平衡调节,并且帮助保护肠道健康。

    目前研究人员还在寻找其它机制来解释到底是哪种微生物能够促进肠道微环境的平衡。下一步研究者Diehl及其同事计划调查当微生物吸附到肠道上皮细胞上时所激活的特殊信号通路,同时他们还希望能够鉴别出诱导机体肠道免疫反应平衡的新型通路。最后研究者表示,健康的微生物群落对于机体免疫反应的平衡至关重要,其不仅能够保护机体免于感染,还能有效限制潜在的组织损伤。

  • 原文来源:https://www.cell.com/immunity/fulltext/S1074-7613(18)30245-0
相关报告
  • 《人体肠道研究质疑益生菌健康益处》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2018-09-14
    • 从巧克力和泡菜到洗手液和婴儿配方奶粉中都含有益生菌,数百万人购买益生菌补充剂以促进消化系统健康。但是新的研究表明它们可能没有我们想象的那么有效。研究人员通过对人体肠道内部进行的一系列实验表明,许多人的消化道阻止了标准益生菌成功定植它们。此外,服用益生菌来抵抗抗生素可以延缓正常肠道细菌和肠道基因表达恢复到幼稚状态。该研究于9月6日在Cell杂志上发表了两篇背靠背的论文。 “人们已经给益生菌提供了很多支持,尽管我们对它们的理解背后的文献是非常有争议的;我们想确定你在超市购买的益生菌是否会像他们应该的那样在胃肠道内定居。 ,以及这些益生菌是否对人类宿主产生任何影响,“资深作者,以色列魏茨曼科学研究所的免疫学家Eran Elinav说。“令人惊讶的是,我们看到很多健康的志愿者实际上都有抗药性,因为益生菌不能在他们的胃肠道中定植。这表明益生菌不应该普遍作为'一刀切'的补充剂。相反,他们可以根据每个人的需求量身定做。“ 虽然过去的研究调查了类似的问题,但他们都将患者的排泄物用作胃肠道微生物活动的代表。相反,Elinav,他的同事Eran Segal(Weizmann研究所的计算生物学家)和他们的团队由Niv Zmora,Jotham Suez,Gili Zilberman Schapira和Elinav实验室的Uria Mor带头,与胃肠病学主任Zamir Halpern合作。特拉维夫医疗中心直接测量肠道定植。 在第一项研究中,25名人类志愿者接受了上消化道内镜检查和结肠镜检查,以便在肠道区域对基线微生物组进行采样。然后将这些志愿者中的15人分成两组。第一组消费通用益生菌菌株,而第二组服用安慰剂。然后两组均接受第二轮上镜检查和结肠镜检查,以评估其内部反应,然后再进行2个月的随访。 科学家发现,益生菌成功地定殖了一些人的胃肠道,称为“持久性”,而“抵抗者”的肠道微生物群将他们驱逐出去。此外,持久性和抗性模式将决定给定人中的益生菌是否会影响其本地微生物组和人类基因表达。研究人员可以通过检查他们的基线微生物组和肠道基因表达谱来预测一个人是否会成为持有者或者抗体者。 他们还发现,粪便仅部分与体内微生物组功能相关,因此依赖粪便与以往研究多年来所做的一样,可能会产生误导。 “虽然我们所有消耗益生菌的志愿者都在他们的粪便中显示益生菌,但只有一些人在他们的肠道中显示它们,这是他们需要的地方,”西格尔说。“如果有些人抗拒并且只有一些人允许,我们所采取的标准益生菌的益处不能像我们曾经想象的那样普遍。这些结果突出了肠道微生物组在推动人们之间非常具体的临床差异方面的作用。 “ 在第二项研究中,研究人员质疑患者是否应该服用益生菌来对抗抗生素的作用,因为他们经常被告知这样做是为了在抗生素治疗清除后重新填充肠道微生物群。为了研究这一点,21名志愿者接受了抗生素疗程,然后被随机分配到三组中的一组。第一个是“观察和等待”组织,让他们的微生物组自行恢复。第二组给予与第一项研究中使用的相同的通用益生菌。第三组用自体粪便微生物组移植物(aFMT)治疗,该移植由他们自己的细菌组成,这些细菌在给予抗生素之前已被收集。 在抗生素清除后,标准益生菌很容易在第二组中的每个人的肠道中定殖,但令团队意外的是,这种益生菌定植阻止了宿主的正常微生物组和肠道基因表达谱恢复到正常状态数月之后。相比之下,aFMT导致第三组的天然肠道微生物组和基因程序在几天内恢复正常。 “与目前的益生菌无害并使每个人受益的教条相反,这些结果揭示了益生菌使用抗生素的新潜在不良副作用,甚至可能带来长期后果,”Elinav说。“相比之下,用自己的微生物补充肠道是一种个性化的母亲自然设计的治疗方法,可以完全逆转抗生素的作用。” 西格尔补充道,“这为诊断打开了大门,这将使我们从益生菌的经验普遍消费中获益,这种益生菌在许多情况下似乎无用,可以根据个人的基线特征为个人量身定制。 “
  • 《Science:揭示有益细菌利用免疫反应在肠道中安营扎寨》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2018-05-09
    • 哺乳动物的肠道是温暖的、潮湿的和营养丰富的---一种非常适合细菌生长的环境。肠道中的“有益细菌”群落,通常被称为肠道微生物组,在身体中起着至关重要的作用:有助于消化纤维、摄取营养和阻止各种疾病。我们都熟悉由致病性细菌侵入身体后引发的免疫反应和疾病---因此,如果免疫系统经过进化后对细菌产生免疫排斥,那么哺乳动物如何与肠道中的有益细菌保持和谐关系? 如今,在一项新的研究中,来自美国加州理工学院的Sarkis Mazmanian教授及其团队证实一种特定类型的有益细菌实际上利用身体的免疫反应使得它能够舒适地在肠道中安营扎寨。相关研究结果于2018年5月3日在线发表在Science期刊上,论文标题为“Gut microbiota utilize immunoglobulin A for mucosal colonization”。 Mazmanian团队选择研究一种被称作脆弱拟杆菌(Bacterioides fragilis)的细菌。这种特定的细菌种类在包括人类在内的许多哺乳动物的大肠中大量存在,而且Mazmanian团队之前已证实它保护小鼠免受某些炎性疾病和神经疾病(比如炎症性肠病和多发性硬化症)的影响。令人关注的是,尽管存在多种脆弱拟杆菌菌株,但是健康人仅与一种脆弱拟杆菌菌株形成长期的一对一关系。 论文第一作者、Mazmanian实验室研究生Gregory Donaldson说,“其他实验室的研究已证实大多数人在一生当中都携带相同的脆弱拟杆菌菌株。我们想要从分子水平上理解这种细菌如何能够以一种长期稳定的方式在肠道中定植。” 首先,这些研究人员旨在通过物理观察脆弱拟杆菌所在的位置来研究这种细菌与肠道的共生关系。通过对小鼠肠道样品进行电镜成像,他们能够观察到脆弱拟杆菌聚集在较厚的肠道粘液层(即粘膜层)的深处,靠近肠道表面的上皮细胞。Donaldson和他的和作者们猜测这种空间环境是单个细菌种类站位脚跟并建立稳定的据点所必需的。 这些研究人员接下来旨在确定是什么机制允许脆弱拟杆菌在肠道内的如此一种环境中定植。他们发现每个脆弱拟杆菌都被包裹在较厚的由碳水化合物组成的荚膜中。荚膜通常与试图掩盖自己而免受身体免疫系统识别和攻击的病原菌存在关联。缺乏这种荚膜的突变细菌不能在肠道粘膜层中聚集和栖息。因此,这些研究人员猜测荚膜碳水化合物是脆弱拟杆菌菌株在肠道中独占它们的空间环境所必需的。 鉴于已知细菌荚膜与免疫系统对病原菌作出的免疫反应存在关联,Donaldson和Mazmanian推测免疫系统也可能对脆弱拟杆菌荚膜产生免疫反应。事实上,他们发现抗体,即牢牢抓住特定细菌或病毒并对它们进行标记从而使得其他的免疫细胞吞噬和破坏它们的免疫蛋白,结合到肠道中的脆弱拟杆菌荚膜上。一种特殊类型的抗体,即免疫球蛋白A(IgA)---事实上,在人体中,它是最为大量产生的抗体类型---在整个肠道中发现到,但是它的特异性功能一直是神秘的。 通常,抗体反应意味着致病菌即将死亡。但令人好奇的是,IgA不会对通常在肠道中生存的大多数细菌产生不利影响。就脆弱拟杆菌而言,这些研究人员发现IgA实际上有助这种细菌粘附到肠道上皮细胞上。此外,在缺乏IgA的小鼠中,这种细菌在肠道表面上定植并保持长期稳定方面不太成功。 这些研究人员认为,这种对脆弱拟杆菌荚膜产生的IgA免疫反应有助于将这种细菌锚定在肠道上皮表面上,因而提供一种生存优势。 Donaldson说:“令人吃惊的是,免疫反应实际上有助有益细菌旺盛生长,这接着有助宿主茁壮成长。这项免疫学研究主要是在致病菌的背景下开展的。但是肠道中有数以万亿的细菌,大多数时候它们都没有让你生病。我们的研究表明免疫系统对这些细菌产生主动的免疫识别,但是这种主动免疫识别给它们带来益处而不是害处。这提示着免疫系统不仅仅是防御系统,抗体也不仅仅是武器。” 在未来的研究中,这些研究人员计划首先研究肠道的抗体反应是如何产生的,以及为何它给脆弱拟杆菌带来益处而其他的抗体会伤害细菌。最终,这项研究可能被用来改善其他有益细菌的定植,例如通过使用益生菌。